This paper presents the flutter analysis and optimum design of axially functionally graded box beam cantilever wing section by considering various geometric and material parameters. The coupled dynamic equations of the continuous model of wing system in terms of material and cross-sectional properties are formulated based on extended Hamilton's principle. By expressing the lift and pitching moment in terms of plunge and pitch displacements, the resultant two continuous equations are simplified using Galerkin's reduced order model. The flutter velocity is predicted from the solution of resultant damped eigenvalue problem. Parametric studies are conducted to know the effects of geometric factors such as taper ratio, thickness, sweep angle as well as material volume fractions and functional grading index on the flutter velocity. A generalized surrogate model is constructed by training the radial basis function network with the parametric data. The optimized material and geometric parameters of the section are predicted by solving the constrained optimal problem using firefly metaheuristics algorithm that employs the developed surrogate model for the function evaluations. The trapezoidal hollow box beam section design with axial functional grading concept is illustrated with combination of aluminium alloy and aluminium with silicon carbide particulates. A good improvement in flutter velocity is noticed by the optimization.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.12
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pp.1059-1068
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2017
Space exploration spacecraft carry large amounts of liquid fuel, often more than half. In such cases, the liquid fuel sloshing must be considered in the design of the spacecraft since the sloshing can affects the stability of the spacecraft. In this paper, we present the results of analyzing the sloshing of fuel and the dynamic behavior of the spacecraft. For the purpose, a model in which the maneuvering of the spacecraft causes the sloshing and a model in which the reaction force and moment due to the sloshing are transmitted to the spacecraft are developed. The dynamical behavior of the spacecraft are analyzed using a simulation program coded by Modelica.
The Theory of Plastic Mechanism Control (TPMC) has been recently extended to the case of Eccentrically Braced Frames (EBFs) with inverted Y-scheme, i.e., EBFs with vertical links. In this paper a further validation of the design procedure, based on TPMC, is provided by means of Incremental Dynamic Analyses (IDA) pointing out the fulfilment of the design goal, i.e., the development of a pattern of yielding consistent with the collapse mechanism of global type where all the links are yielded and all the beams are yielded at their ends while all the columns and the diagonal braces remain in elastic range with the only exception of the base sections of first storey columns. In particular, a study case is designed according to both TPMC and Eurocode 8 provisions and the corresponding seismic performances are investigated by both push-over and IDA analyses. The results show the different performances obtained in terms of pattern of yielding, maximum interstorey drift, link plastic rotation demand and sharing of the seismic base shear between the moment-resisting part and the bracing part of the structural system. The seismic performance improvement obtained by means of TPMC, compared to Eurocode 8 provisions, is pointed out.
Numerical investigations are presented, which show that a back-flow flap can improve the dynamic stall characteristics of oscillating airfoils. The flap was able to weaken the stall vortex and therefore to reduce the peak in the pitching moment. This paper gives a brief insight into the method of function of a back-flow flap. Initial wind tunnel experiments were performed to define the structural requirements for a detailed experimental wind tunnel characterization. A structural integration concept and two different actuation mechanisms of a back-flow flap for a helicopter rotor blade are presented. First a piezoelectric actuation system was investigated, but the analytical model to estimate the performance showed that the displacement generated is too low to enable reliable operation. The seond actuation mechanism is based on magnetic forces to generate an impulse that initiates the opening of the flap. A concept based on two permanent magnets is further detailed and characterized, and this mechanism is shown to generate sufficient impulse for reliable operation in the wind tunnel.
The behavior of moment resistant steel structures depends on both the beam-column connections and columns foundations connections. Obviously, if the connections can meet the adequate ductility and resistance against lateral loads, the seismic capacity of these structures will be linked practically to the performance of these connections. The shape memory alloys (SMAs) have been most recently used as a means of energy dissipation in buildings. The main approach adopted by researchers in the use of such alloys is firstly bracing, and secondly connecting the beams to columns. Additionally, the behavior of these alloys is modeled in software applications rarely involving equivalent torsional springs and column-foundation connections. This paper attempts to introduce the shape memory alloys and their applications in steel structural connections, proposing a new steel column-foundation connection, not merely a theoretical model but practically a realistic and applicable model in structures. Moreover, it entails the same functionality as macro modeling software based on real behavior, which can use different materials to establish a connection between the columns and foundations. In this paper, the suggested steel column-foundation connection was introduced. Moreover, exploring the seismic dynamic behavior under cyclic loading protocols and the famous earthquake records with different materials such as steel and interconnection equipment by superelastic shape memory alloys have been investigated. Then, the results were compared to demonstrate that such connections are ideal against the seismic behavior and energy dissipation.
The diameter of a new wheel in EMUs is 860mm and it can be used up to 773mm. To obtain an predefined acceleration despite wheel diameter changes, the tractive efforts of the vehicles must be properly controlled. In the commencement of this study, acceleration tests were performed for empty EMUs when the wheel diameter was changed to 860mm, 820mm and 780mm, respectively. In order to deal with more complicated running conditions, we developed dynamic simulation models of the EMUs using VI-Rail, and simulated the models in empty and full passenger loads, respectively. Using the simulation results, we analyzed the gradient of time-velocity graphs by considering the changes of the total weight vehicles and moment of inertia of the wheelsets as well as tractive effort according to the wheel diameter changes. As the results, it was found that there are significant differences in acceleration performances according to the wheel diameters and the payloads of EMUs. In case of 860mm which is the maximum wheel diameter, the test & simulation results show that the vehicle couldn't reach the predefined acceleration, 3.0km/h/s, due to lack of tractive effort.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.32
no.3
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pp.78-84
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2009
The purpose of this study was to compare gait patterns during pregnancy. Because of the changes in hormone levels and anatomical changes such as body mass, body-mass distribution, joint laxity, and musculotendinous strength that result from pregnancy, it was possible that there would be certain gait deviations associated with these changes. Three-dimensional gait analyses were performed from a self-selected pace, and six subjects(height : $163{\pm}5.3cm$, mass : $61.3{\pm}3.80kg$, $65.3{\pm}5.14kg$, $70.2{\pm}4.98kg$) participated in the three times(the early, middle and last years). 7 cameras(Proreflex MCU-240, Qualisys) and 2 force plates (Type 9286AA, Kistler) were used to acquire raw data. The parameters were calculated and analyzed with Visual-3D and Joint moments computed using inverse dynamics. In conclusion, pregnant women's gait patterns were changed during pregnancy period because pregnancy makes them physical changes. The main changes were joint moments and kinematic factors during pregnancy period. The pregnancy transformed normal gait pattern Into toe out position. Therefore, exercise programs to improve muscle activity were necessary where joint moments were small. The development of simulator should be studied for pregnant women's tailored shoes and accessories in future.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.2
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pp.443-450
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1995
An analysis of the dynamics of a mechanical monoleaflet heart valve prosthesis in the closing phase is presented. Employing the moment equilibrium principles on the occluder motion and the squeeze film dynamics of the fluid between the occluder and the guiding strut at the instant of impact, the velocity of the occluder tip and the impact force were computed. The dynamics of fluid being squeezed between the occluder and the guiding struts is accounted for by Reynold's equation. The effect of the fluid being squeezed between the occluder and the guiding strut was to reduce the velocity of the occluder tip at the instant of valve closure as well as dampen the fluttering of the occluder before coming to rest in the fully closed position. The squeeze film fluid pressure changed rapidly from a high positive value to a relatively large negative value in less than 1 msec. The results of this study may be extended for the analysis of cavitation inception, mechanical stresses on the formed elements and valve components as well as to estimate the endurance limits of the prosthetic valves.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.11
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pp.2090-2097
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1992
In this paper, fluttering behavior of mechanical monloleaflet heart valve prosthesis was analyzed taking into consideration of the impact between the valve occluder and the stopper. The motion of valve occluder was modeled as a rotating system, and equations were derived by employing the moment equilibrium conditions. Lift force, drag force, gravity and buoyancy were considered as external forces acting on the valve occluder. The 4th order Runge-Kutta method was used to solve the equations. The results demonstrated that the occluder reaches steady eguilibrium position only after damped vibration. The mean damping ratio is in the range of 0.197-0.301. Fluttering frequency does not have any specific value, but varies as a function of time. It is in the range of 11-84Hz. Valve opening appears to be affected by the orientation of the valve relative to gravitational forces.
Cho, Sunme;Seo, Kunchan;Kim, Taegyun;Kim, Jongwon;Kim, Hwa Soo
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.30
no.7
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pp.725-732
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2013
This paper presents a torque distribution algorithm for improving the stability and mobility of a wall-climbing robot platform. During ascent, the pitch moment caused by the payload or external disturbances separates the robot's triangular tracks from the wall, significantly deteriorating its stability. Moreover, the reaction forces stemming from the increase in the pulling force may degrade the robot's mobility. Thus, it is very important to minimize the reaction forces acting on the triangular tracks, as well as the fluctuations in the pulling force, during the climb. Through dynamic modeling of the proposed robot platform, we demonstrated the dependence of the robot's stability and mobility on the torque distribution of the triangular tracks. Extensive simulations using different climbing speeds were used to significantly improve the stability and mobility of the proposed robot platform.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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